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Dynamic Detection of Decomposition Gases in Eco-Friendly C5F10O Gas-Insulated Power Equipment by Fiber-Enhanced Raman Spectroscopy
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2024-09-12 , DOI: 10.1021/acs.analchem.4c02865 Weiping Kong 1 , Fu Wan 1, 2 , Yu Lei 1 , Changding Wang 1 , Hongcheng Sun 1 , Rui Wang 1 , Weigen Chen 1, 2
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2024-09-12 , DOI: 10.1021/acs.analchem.4c02865 Weiping Kong 1 , Fu Wan 1, 2 , Yu Lei 1 , Changding Wang 1 , Hongcheng Sun 1 , Rui Wang 1 , Weigen Chen 1, 2
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Dynamic detection of multiple C5F10O decomposition gases can more comprehensively and effectively evaluate the operating status of eco-friendly gas-insulated power equipment (GIPE), which is a technical support for promoting the construction of eco-friendly, low-carbon energy power systems. In this article, we propose a silicon noise suppression fiber-enhanced Raman spectroscopy (FERS) technique and design a FERS sensing system for the dynamic detection of multiple C5F10O decomposition gases. Benefiting from the effective hybrid silicon noise filtering technology, the spectrum noise of FERS can be suppressed by 90% and the system detection sensitivity can be improved by 4.22 times. Utilizing a 2 m-long antiresonant hollow-core fiber, the system achieved detection limits of 1.34 and 1.44 ppmv for CF4 and CO2, respectively, under the conditions of a laser power of 200 mW, a pressure of 0.5 MPa, and a measurement time of 120 s. Afterward, combining sample gas and density functional theory simulation, the characteristic peak positions for quantitative analysis of C5F10O decomposition gas were determined as follows: CF4: 906 cm–1, CO2: 1388 cm–1, C5F10O: 759 cm–1, CF2O: 965 cm–1, CF3H: 1117 cm–1, C2F4: 517 cm–1, C2F6: 807 cm–1, C3F6: 767 cm–1, C3F8: 780 cm–1, C3F7H: 857 cm–1, and C4F10: 770 cm–1. Finally, the sensing system conducted dynamic measurements of the partial discharge decomposition gases of the C5F10O GIPE for 5 days with a 2 h measurement interval. The content trends of C5F10O and decomposition gases CF4, CO2, C3F6, and C3F7H were obtained. These results fully demonstrate the capability of FERS technology for dynamically detecting the decomposition gases of the C5F10O GIPE.
中文翻译：
利用光纤增强拉曼光谱技术对环保型 C5F10O 气体绝缘电力设备中的分解气体进行动态检测
对多种 C5F10O 分解气体进行动态检测，可以更全面、更有效地评价环保型气体绝缘电力设备 （GIPE） 的运行状况，是推动建设环保、低碳能源电力系统的技术支撑。在本文中，我们提出了一种硅噪声抑制光纤增强拉曼光谱 （FERS） 技术，并设计了一种用于动态检测多种 C5F10O 分解气体的 FERS 传感系统。得益于有效的混合硅噪声滤波技术，FERS的频谱噪声可抑制90%，系统检测灵敏度可提升4.22倍。该系统利用 2 m 长的反谐振空芯光纤，在激光功率为 200 mW、压力为 0.5 MPa、测量时间为 120 s 的条件下，对 CF4 和 CO2 的检出限分别为 1.34 和 1.44 ppmv。然后，结合样品气体和密度泛函理论模拟，确定定量分析 C5F10O 分解气体的特征峰位置如下：CF4：906 cm–1，CO 2：1388 cm–1，C 5F10O：759 cm–1，CF 2O：965 cm–1，CF 3H：1117 cm–1， C2F4：517 厘米–1，C 2F6：807 厘米–1，C 3F6：767 厘米–1，C 3F8：780 厘米–1，C 3F7H：857 厘米–1，以及 C4F10：770 厘米–1。 最后，传感系统以 2 h 的测量间隔对 C5F10O GIPE 的局部放电分解气体进行了 5 天的动态测量。获得了 C5F10O 和分解气体 CF4 、 CO2 、 C3F6 和 C3F7H 的含量趋势。这些结果充分证明了 FERS 技术动态检测 C5F10O GIPE 分解气体的能力。
更新日期：2024-09-12
中文翻译：
利用光纤增强拉曼光谱技术对环保型 C5F10O 气体绝缘电力设备中的分解气体进行动态检测
对多种 C5F10O 分解气体进行动态检测，可以更全面、更有效地评价环保型气体绝缘电力设备 （GIPE） 的运行状况，是推动建设环保、低碳能源电力系统的技术支撑。在本文中，我们提出了一种硅噪声抑制光纤增强拉曼光谱 （FERS） 技术，并设计了一种用于动态检测多种 C5F10O 分解气体的 FERS 传感系统。得益于有效的混合硅噪声滤波技术，FERS的频谱噪声可抑制90%，系统检测灵敏度可提升4.22倍。该系统利用 2 m 长的反谐振空芯光纤，在激光功率为 200 mW、压力为 0.5 MPa、测量时间为 120 s 的条件下，对 CF4 和 CO2 的检出限分别为 1.34 和 1.44 ppmv。然后，结合样品气体和密度泛函理论模拟，确定定量分析 C5F10O 分解气体的特征峰位置如下：CF4：906 cm–1，CO 2：1388 cm–1，C 5F10O：759 cm–1，CF 2O：965 cm–1，CF 3H：1117 cm–1， C2F4：517 厘米–1，C 2F6：807 厘米–1，C 3F6：767 厘米–1，C 3F8：780 厘米–1，C 3F7H：857 厘米–1，以及 C4F10：770 厘米–1。 最后，传感系统以 2 h 的测量间隔对 C5F10O GIPE 的局部放电分解气体进行了 5 天的动态测量。获得了 C5F10O 和分解气体 CF4 、 CO2 、 C3F6 和 C3F7H 的含量趋势。这些结果充分证明了 FERS 技术动态检测 C5F10O GIPE 分解气体的能力。
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